Reaktives Sputtern ist eine Variation des Plasma-Sputterverfahrens, das verwendet wird, um einen Dünnfilm auf einem Substratmaterial abzuscheiden. Dabei wird ein Targetmaterial, beispielsweise Aluminium oder Gold, in eine Kammer mit einer Atmosphäre aus einem positiv geladenen reaktiven Gas abgegeben. Dieses Gas geht eine chemische Bindung mit dem Targetmaterial ein und wird als Verbindung auf einem Substratmaterial abgeschieden.
Während das normale Plasmasputtern in einer Vakuumkammer ohne Atmosphäre stattfindet, findet das reaktive Sputtern in einer Vakuumkammer mit einer Niederdruckatmosphäre aus einem reaktiven Gas statt. Spezielle Pumpen an der Maschine entfernen die normale Atmosphäre, die unter anderem aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff besteht, und füllen die Kammer mit einem Gas wie Argon, Sauerstoff oder Stickstoff. Das reaktive Gas beim reaktiven Sputterprozess hat eine positive Ladung.
Das Targetmaterial, beispielsweise Titan oder Aluminium, wird dann ebenfalls in Form eines Gases in die Kammer abgegeben und einem Magnetfeld hoher Intensität ausgesetzt. Dieses Feld verwandelt das Targetmaterial in ein negatives Ion. Das negativ geladene Zielmaterial wird vom positiv geladenen reaktiven Material angezogen und die beiden Elemente verbinden sich, bevor sie sich auf dem Substrat absetzen. Auf diese Weise können dünne Schichten aus Verbindungen wie Titan-Nitrid (TiN) oder Aluminium-Oxid (Al2O3) hergestellt werden.
Reaktives Sputtern erhöht die Geschwindigkeit, mit der ein dünner Film aus einer Verbindung hergestellt werden kann, stark. Während herkömmliches Plasma-Sputtern geeignet ist, um einen dünnen Film aus einem einzelnen Element zu erzeugen, dauert die Bildung von Verbundfilmen lange. Wenn die Chemikalien als Teil des Dünnschichtprozesses gezwungen werden, sich zu binden, können sie ihre Ablagerung auf dem Substrat beschleunigen.
Der Druck innerhalb der reaktiven Sputterkammer muss sorgfältig verwaltet werden, um das Wachstum des Dünnfilms zu maximieren. Bei niedrigen Drücken dauert die Filmbildung lange. Bei hohen Drücken kann das reaktive Gas die Targetoberfläche „vergiften“, wodurch das Targetmaterial seine negative Ladung erhält. Dies verringert nicht nur die Wachstumsrate des dünnen Films auf dem darunter liegenden Substrat, sondern erhöht auch die Vergiftungsrate; je weniger negative Partikel vorhanden sind, desto weniger chemische Bindungen können sie mit dem positiv geladenen reaktiven Gas eingehen und desto mehr reaktives Gas vergiftet die Zieloberfläche. Die Überwachung und Anpassung des Drucks im System hilft, diese Vergiftung zu verhindern und ermöglicht ein schnelles Wachstum des dünnen Films.